JP2009069005A - 磁界校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホール素子やプローブを用いた場合に比べて、より正確な磁界校正を安定して行うことができる磁界校正方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る磁界校正方法は、磁気抵抗素子の磁界特性を測定し、第一磁界特性を得る第一工程と、前記磁気抵抗素子を磁界印加手段のステージ上に載置する第二工程と、前記磁気抵抗素子の表面高さと、通常測定時の被測定ウエハの表面高さが略同一となるように、前記ステージの高さを調整する第三工程と、前記磁界印加手段により、前記磁気抵抗素子の面内方向に磁界を印加して第二磁界特性を得る第四工程と、を少なくとも順に備えた磁界校正方法であって、前記第四工程において、前記第一磁界特性と前記第二磁界特性が略同一となるように、前記磁気抵抗素子に印加する磁界を調整することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ウェハ等の基材上に配置された各種磁気センサの特性を精度良く測定する磁界校正方法に関する。

強磁性磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を利用したセンサは、磁場を検出するセンサとして知られており、ＩＣと集積化された磁気スイッチ等の分野で幅広く使用されている。
この種の磁気センサの特性をウエハレベル状態で測定するため、磁界印加機構が装着された磁界プローバが使用されている（例えば、特許文献１）。測定の概要を図９に示す。

磁界プローバは、磁界印加手段を除いて、外部磁界の影響を抑えるため非磁性材料で構成される。磁界印加機構の精度は、特性値を保証するために極めて重要であり、その校正は定期的に行う必要がある。なお、磁界印加機構は、通常電流源によって駆動され、校正は電流値と磁界の値の関係式を求めることである。

従来の磁界校正方法の概要を図１０に示す。
（１）プローバのステージ１００をガウスメータのプローブ１０１が設置できる程度まで下げる。
（２）ガウスメータのプローブ１０１を設置する
（３）磁界印加手段１０２から磁界を印加し、ガウスメータの値から印加磁界の値を読み取る。

しかしながら、このとき、以下に示すような問題が生じる。
まず、ガウスメータは、通常、ホール素子を使用しているため、その感度が低く、特に低磁界領域では相対的に誤差が大きくなる（例えば、非特許文献１参照）。

また、ガウスメータで磁界を測定する際、通常プローブを使用するが、プローブと磁界の輸との位置合わせは難しく、また、プローブ内に設置されているホール素子の位置、傾きは、ある範囲をもって存在するため（例えば非特許文献２参照）、微小領域での正確な磁界を検知することが難しい。このため、プローブの位置合わせが困難であり、プローブ内磁界センサの位置、傾きが正確にわからない。また、ホールセンサのサイズが大きいため、測定磁界はその平均値となり、正確な値がわからない。

また、ガウスメータのプローブに設置されているホール素子は、Ｚ方向に数ｍｍ程度の厚さがあるため、測定磁界はＺ方向の平均値となる（例えば、非特許文献２参照）。このため磁気抵抗素子のような感磁方向がＸＹ方向のデバイスを測定する際、Ｚ方向のバラツキを含めた磁界の値は、正確な値を示さない。
特許第３０５４４５８号公報 http://wwwsoc.nii.ac.jp/jsndi/bulletin/J_02_sep.html http://www.toyo.co.jp/bell/probe/bell03.html

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、ホール素子やプローブを用いた場合に比べて、より正確な磁界校正を安定して行うことができる磁界校正方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の磁界校正方法は、磁気抵抗素子の磁界特性を測定し、第一磁界特性を得る第一工程と、前記磁気抵抗素子を磁界印加手段のステージ上に載置する第二工程と、前記磁気抵抗素子の表面高さと、通常測定時の被測定ウエハの表面高さが略同一となるように、前記ステージの高さを調整する第三工程と、前記磁界印加手段により、前記磁気抵抗素子の面内方向に磁界を印加して第二磁界特性を得る第四工程と、を少なくとも順に備えた磁界校正方法であって、前記第四工程において、前記第一磁界特性と前記第二磁界特性が略同一となるように、前記磁気抵抗素子に印加する磁界を調整することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の磁界校正方法は、請求項１において、前記第一工程は、前記磁気抵抗素子をヘルムホルツコイル内に配置する工程と、前記ヘルムホルツコイルにより前記磁気抵抗素子の面内方向に磁界を印加する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。

本発明では、第一磁界特性と第二界特性が略同一となるように、磁気抵抗素子に印加する磁界を調整することで、校正サンプルとして磁気抵抗素子を利用した磁界校正を行うことができる。校正サンプルとして磁気抵抗素子を用いることで、ガウスメータに使われるホール素子を用いた場合と比較して、高分解能である。また、磁気抵抗素子は面内方向に感度を持つため、垂直方向の磁界の分布バラツキによる影響を受けにくい。これにより本発明では、ホール素子やプローブを用いた場合に比べて、より正確な磁界校正を安定して行うことができる磁界校正方法を提供することができる。

以下、本発明に係る磁界校正方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の磁界校正方法は、磁気抵抗素子の磁界特性を測定し、第一磁界特性を得る第一工程と、前記磁気抵抗素子を磁界印加手段のステージ上に載置する第二工程と、前記磁気抵抗素子の表面高さと、通常測定時の被測定ウエハの表面高さが略同一となるように、前記ステージの高さを調整する第三工程と、前記磁界印加手段により、前記磁気抵抗素子の面内方向に磁界を印加して第二磁界特性を得る第四工程と、を少なくとも順に備えた磁界校正方法であって、前記第四工程において、前記第一磁界特性と前記第二磁界特性が略同一となるように、前記磁気抵抗素子に印加する磁界を調整することを特徴とする。

本発明では、第一磁界特性と第二界特性が略同一となるように、磁気抵抗素子に印加する磁界を調整することで、校正サンプルとして磁気抵抗素子を利用した磁界校正を行うことができる。校正サンプルとして磁気抵抗素子を用いることで、ガウスメータに使われるホール素子を用いた場合と比較して、高分解能である。また、磁気抵抗素子は面内方向に感度を持つため、垂直方向の磁界の分布バラツキによる影響を受けにくい。これにより本発明では、ホール素子やプローブを用いた場合に比べて、より正確な磁界校正を安定して行うことができる。
以下、各工程について詳しく説明する。なお、以下の説明において挙げる数値はあくまでも一例であり、これに限定されないことは言うまでもない。

（１）まず、磁気抵抗素子を用い、４組の抵抗からなるブリッジ構造を形成する（以下、「校正サンプル」と呼ぶ。）。
図１は、磁気抵抗素子を用いて構成された校正サンプルの一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
この校正サンプル１０は、シリコン等からなる基板１１上に磁気抵抗素子１２が形成されてなる。校正サンプル１０の磁気抵抗素子１２は、４組の抵抗からなるブリッジ構造を形成していることが好ましい。磁気抵抗素子からなる校正サンプルを用いることで、ガウスメータに使われるホール素子と比較して、高分解能である。また、磁気抵抗素子は平面方向に感度を持つため、Ｚ方向の磁界の分布バラツキによる影響を受けにくい。
この校正サンプル１０の入力抵抗は、例えば１０ｋΩであり、飽和磁界は例えば約８ｍＴである。

（２）そして、磁気抵抗素子１２の磁界特性を測定し、第一磁界特性を得る［第一工程］。
ここで第一工程は、前記磁気抵抗素子１２（校正サンプル１０）をヘルムホルツコイル２０内に配置する工程と、前記ヘルムホルツコイル２０により前記磁気抵抗素子１２の面内方向に磁界を印加する工程と、を少なくとも有する（図２参照）。
ヘルムホルツコイル２０は電流に比例して、正確な磁界を印加することが可能な装置として知られている。ヘルムホルツコイル２０を用いることにより、磁気抵抗素子に正確な磁界を印加することができ、正確な第一磁界特性を得ることができる。
磁気抵抗素子１２（校正サンプル１０）の電流−磁界特性及び電流−電圧特性から求められた第一磁界特性の一例を図３に示す。

図２に示すヘルムホルツコイル２０は、例えば２．９１８ｍＴ／Ａの電流−磁界依存性を持つ。このヘルムホルツコイル２０を用いて、印加磁界を８ｍＴ→０ｍＴに掃引し、前記校正サンプル１０を測定したところ、その出力は約３７ｍＶ変化した（図４参照）。

（３）次に、前記磁気抵抗素子１２を磁界印加手段３０のステージ３１上に載置する［第二工程］。また、前記磁気抵抗素子１２の表面高さと、通常測定時の被測定ウエハ３２の表面高さが略同一となるように、前記ステージ３１の高さを調整する［第三工程］。
図５に示すように、校正サンプル１０をプローバ（磁界印加手段３０）のステージ３１に載置し、校正サンプル１０の表面高さ（すなわち、磁気抵抗素子１２の表面高さ）を、通常測定時において、被測定ウエハ３２を測定する高さと同一に調整する。ステージ３１上に校正サンプル１０を載置し、ステージ高さを調整することで、サンプル位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を正確に規定することが可能となる。

図５において、被測定ウエハ３２の膜厚は６２５μｍ、校正サンプル１０の厚みは１６００μｍであった。従って、ステージ３１を通常より９７５μｍ下げれば、校正サンプル１０の表面と被測定ウエハ３２の表面の高さが同一となる。

（４）次に、前記磁界印加手段３０により、前記磁気抵抗素子１２の面内方向に磁界を印加して第二磁界特性を得る［第四工程］。
図６に示すように、磁界印加手段３０により、前記磁気抵抗素子１２の面内方向に磁界を印加し、そのときのブリッジ電圧を測定する。このときに得られた値を第二磁界特性とし、この第二磁界特性を、前記第一磁界特性値と比較することにより、磁界の値の校正が可能となる。

具体的には、前記第一磁界特性と前記第二磁界特性が略同一となるように、前記磁気抵抗素子１２に印加する磁界を調整する。
図７に、磁気抵抗素子１２の電流−磁界特性及び電流−電圧特性から求められた第二磁界特性の一例、及び第一磁界特性と第二磁界特性との比較を示す。
このように、第一磁界特性と第二界特性が略同一となるように、磁気抵抗素子１２に印加する磁界を調整することで、校正サンプルとして磁気抵抗素子を利用した磁界校正を行うことができる。
プローバの磁界印加手段３０により、校正サンプル１０を再測定して得られた値（第二磁界特性）を、ヘルムホルツコイルにより得られた値（第一磁界特性）と比較することで、磁界印加手段の出力磁界を正確に測定可能である。

図６に示す状態で、磁界印加手段３０の出力磁界を８ｍＴ→０ｍＴに掃引し、校正サンプル１０を測定した。その出力の比較を図８に示す。図８から明らかなように、ヘルムホルツコイル内で測定した結果とほぼ同一の結果が得られた。

以上説明したように、本発明では、校正サンプルとして磁気抵抗素子を用いることで、ガウスメータに使われるホール素子を用いた場合と比較して、高分解能である。また、磁気抵抗素子は面内方向に感度を持つため、垂直方向の磁界の分布バラツキによる影響を受けにくい。これにより本発明では、ホール素子やプローブを用いた場合に比べて、より正確な磁界校正を安定して行うことができる。

以上、本発明の磁界校正方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

本発明は、ウェハ等の基材上に多数個配置された磁気センサ等の特性を個別に測定する際に、精度よく、かつ安定して測定できる磁界校正方法として適用可能である。

磁気抵抗素子を用いて構成された校正サンプルの一例を示す図。 ヘルムホルムコイルを用いて磁気抵抗素子の第一磁界特性を測定する様子を模式的に示す図。 磁気抵抗素子の電流−磁界特性及び電流−電圧特性から求められた第一磁界特性の一例を示す図。 磁気抵抗素子の第一磁界特性の一例を示す図。 校正サンプルの表面高さと、被測定ウエハの表面高さが略同一となるように、ステージの高さを調整する様子を模式的に示す図。 磁界印加手段を用いた、磁気抵抗素子の磁界特性を測定する様子を模式的に示す図。 磁気抵抗素子の電流−磁界特性及び電流−電圧特性から求められた第二磁界特性の一例、及び第一磁界特性と第二磁界特性との比較を示す図。 ブリッジ電圧の磁界依存性の比較を、プロ−バとヘルムホルツコイルを用いた場合について示す図。 プローバを用いた、磁気センサの特性を測定する様子を模式的に示す図。 従来の磁界校正方法の概要を模式的に示す図。

符号の説明

１０ 校正サンプル、１１ 基板、１２ 磁気抵抗素子、２０ ヘルムホルツコイル、３０ 磁界印加手段、３１ ステージ、 ３２ 被測定ウエハ。

Claims (2)

1. 磁気抵抗素子の磁界特性を測定し、第一磁界特性を得る第一工程と、
   前記磁気抵抗素子を磁界印加手段のステージ上に載置する第二工程と、
   前記磁気抵抗素子の表面高さと、通常測定時の被測定ウエハの表面高さが略同一となるように、前記ステージの高さを調整する第三工程と、
   前記磁界印加手段により、前記磁気抵抗素子の面内方向に磁界を印加して第二磁界特性を得る第四工程と、を少なくとも順に備えた磁界校正方法であって、
   前記第四工程において、前記第一磁界特性と前記第二磁界特性が略同一となるように、前記磁気抵抗素子に印加する磁界を調整することを特徴とする磁界校正方法。
2. 前記第一工程は、
   前記磁気抵抗素子をヘルムホルツコイル内に配置する工程と、
   前記ヘルムホルツコイルにより前記磁気抵抗素子の面内方向に磁界を印加する工程と、を少なくとも有することを特徴とする請求項１に記載の磁界校正方法。

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